活动星系核

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橢圓星系M87的巨大噴流

活动星系核active galactic nucleus,縮寫為AGN)是一類中央核區活動性很强的河外星系。這些星系顯得比普通星系活躍,在從無線電波伽瑪射線的全波段裡都發出很强的電磁辐射,光度大约在1036-1041J/s之間,人們将它們稱為活躍星系。活躍星系核是這些星系明亮的核心部分,尺度通常在1光年上下,只占整個活躍星系的很小一部分。但由於其光度大大超過宿主星系,因此活躍星系核通常也指整個活躍星系。另外亦有研究顯示活躍星系核的能量可能源自星系碰撞[1]

1960年代類星體發現以來,又相繼發現了許多具有類似特徵的天體,都是系外星系,統稱為活躍星系核。

共同观测特征主要有:

  • 明亮的致密核区;
  • 光譜具有很高的红位移,表明距離遠在宇宙學尺度上,同时光度很高,遠遠高於普通的星系。
  • 具有快速的光變光變時標從數小時到到數日不等,顯示其尺度只占整个星系的很小一部分。
  • 光譜中有非常寬的發射線;
  • 具有非熱輻射譜;
  • 具有光学或射电的噴流現象。

几十年来发现的活动星系核种类繁多,包括塞佛特星系類星體射电星系蝎虎座BL型天体等,而且不同种类之间观测特征相互混杂。长期以来人们一直对它们的机制和演化感到困惑,投入了大量的人力物力进行研究,使得活动星系核成为20世纪90年代以来天文学最热门和最活跃的研究领域之一。目前得到广泛接受的观点认为,活动星系核由超大质量黑洞吸积盘构成。依据理论和观测研究,人们建立了活动星系核标准模型,即中央是一个黑洞,周围的物质受到引力作用下落,在黑洞周围形成了吸积盘。由于耗散作用气体被加热到很高的温度,并逐渐下落到黑洞中央,并且形成了沿吸积盘法线方向的喷流。活动星系核的观测特征主要依赖于中心黑洞、吸积盘的特征以及视线方向。

活动星系核的分类[编辑]

各种活动星系核的观测特征依赖于所采用的观测手段,而不是活动星系核本身。因此各种活动星系核特征往往相互混杂在一起。虽然如此,它们大体上可分为如下几类:

  • 类星体QSO):具有非常大的红移,光度很高,光谱中有发射线,可见光波段为幂律谱,多数有X射线辐射,少部分具有很强的射电辐射。其中有强烈射电辐射的称为射电噪(radio loud)类星体,射电辐射很弱的称为射电宁静(radio quiet)类星体(QSOs),也有人用Quasar表射电噪类星体。
  • 赛弗特星系Seyfert galaxies):最早被证认的活躍星系核。特點是核的亮度高,具有强的高电离发射线,谱线很宽,强大、变化的X射线,很强的红外辐射,大部分为漩涡星系,也有不规则星系。根据发射线的宽度、形状可分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型塞弗特星系具有宽的发射线,Ⅱ型只具有窄的发射线。进一步还可以划分成1.5、1.8、1.9等类型[2]
  • 窄线X射线星系NLXG):具有高电离发射线,类似塞弗特星系,但光度较低。被认为是光谱受到星系内尘埃消光的塞弗特星系。
  • 低電離核區LINER):核光度比较低,具有低電離的核發射線區,有時發現为低光度的2型塞弗特星系。
  • 蝎虎座BL型天体BL Lac Objects):星系核非常亮,短时间曝光和恒星很类似。光度具有很快的变化,射电辐射有很强的偏振,光谱中既没有吸收线也没有发射线,因此其红移只能从宿主星系的光谱推断出来。
  • 光学剧变类星体OVVs):光度具有很快的变化,往往是强射电源。与蝎虎座BL型天体合称耀变体Blazar)。
  • 射电星系Radio Galaxy):具有很强的射电辐射,大部分有两个辐射源,称为双源型射电星系。通常为椭圆星系。根据发射线的宽度大体可分为宽线射电星系(BLRG)和窄线射电星系(NLRG)。
  • 星爆星系Starburst Galaxies):具有巨大的恒星形成区,红外光度高于可见光光度,大部分为旋涡星系。属于活动星系,但与活动星系核的关系尚无定论。

除此之外還有马卡良天体Markarian Objects)、兹威基星系Zwicky Galaxies)、N星系N Galaxies)、高偏振類星體HPQ)、低光度活躍星系核MAGN)、熱星体Warmer)、极亮远红外星系Ultraluminours Far-Infrared Galaxies)等。

根据射电波段的辐射,还可以分为射电宁静活动星系核与射电噪活动星系核两大类。其中,射电宁静活动星系核包括:低電離核區西佛星系、以及部分类星体,射电噪活动星系核包括射电噪类星体、耀变体(包括蝎虎座BL型天体光学剧变类星体)、射电星系等。

黑洞-吸积盘模型[编辑]

黑洞-吸积盘模型示意图

黑洞-吸积盘模型是得到广泛承认的活动星系核标准模型。在这个模型中,活动星系核的“中央引擎”是一个超大质量黑洞。在引力的作用下,黑洞周围的气体朝黑洞下落。由于具有角动量,物质形成了一个围绕黑洞的吸积盘。吸积盘中具有耗散作用,气体会被加热到很高的温度,同时不断损失角动量,逐渐下落到黑洞中央,与此同时释放出巨大的引力能,以电磁波的形式辐射出来,其中主要是非热辐射。当黑洞的吸积率很高,远远超过星系的其他部分时,就表现为活动星系核。随着黑洞周围的物质逐渐耗尽,核心的光度减小,活动星系演化为正常的星系。吸积盘两端沿法线方向形成高速喷流,这一过程中,磁场扮演了很重要的角色。当喷流的方向与观测者视线方向夹角很小时,还会观测到视超光速现象。

活躍星系核的统一模型[编辑]

活躍星系核的统一模型試圖將兩種或兩種以上的活躍星系核用一個模型進行描述,不同類型的活躍星系核只是由於觀測視角的不同,射电平静(radio-quiet)活躍星系核與射电噪(radio-loud)活躍星系核分别具有各自的统一模型:電波弱统一模型和電波強统一模型。電波弱统一模型認為西佛Ⅰ型星系是直接觀察到的光度较低的活躍星系核本身,西佛Ⅱ型星系則是由於視線方向上受到了環繞在吸積盤周圍的遮蔽環的阻擋。如果活躍星系核的光度較高,直接觀測到的就不是西佛I型星系而是類星体。電波強统一模型主要關注於高光度的電波強類星体,它們能夠與窄發射線電波星系用類似電波弱统一模型的方式统一在一起,即電波星系被遮蔽環擋住了視線,而類星体没有。如果視線方向與噴流夾角非常小,則會觀察到蠍虎BL型類星體(blazar)。

进一步阅读[编辑]

  • Robson, I., 1996, Active Galactic Nuclei, New York: Wiley.
  • Antonucci, R., 1993, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 31, 473.
  • Urry, C.M. & Padovani, P., 1995, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 107:803.
  • Beckmann, V. & Shrader, C. R., 2012, Active Galactic Nuclei, Berlin: Wiley-VCH.
  • 黄克谅, 2005, 类星体与活动星系核, 中国科学技术出版社, ISBN 7-5046-1532-3

参考文献[编辑]

  1. ^ Violent Galaxy Collisions Power Mega Black Holes
  2. ^ Osterbrock D E. Astrophysics of Gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei, Knudsen: University Science Books, 1999: 312.